板料成形回彈特征及其控制技術(shù)

1、板料成形回彈特征及其控制技術(shù)作者:cae  瀏覽次數(shù):118  發(fā)表于:2009/2/11 17:28  大 中 小 i=s 本帖最后由 cae 于 2009-2-11 17:29 編輯 回彈是板材沖壓成形過程的主要缺陷之一嚴(yán)重影響著威形件的威形質(zhì)量和尺寸精度，是實(shí)際工藝中很難有效克服的成形缺陷之一，它不僅降低了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率還制約了自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線的實(shí)施，是我國汽車制造工業(yè)中亟待解決的關(guān)鍵性問題。從理論上說，板材沖壓成形過程可以被看作是板材經(jīng)過塑性變形變?yōu)橄胍@得的形狀的過程。然而實(shí)際上板料尺寸材料特性和環(huán)境條件使沖壓成形過程的預(yù)測性和可重復(fù)性變得困難。以韌

2、性金屬板材為主的沖壓成形件從模具上取出后，必然產(chǎn)生一定量的回彈?；貜検前宀臎_壓成形的3種主要缺陷(起皺破裂和回彈中最難控制的一種，因?yàn)樗婕暗綄貜椓康臏?zhǔn)確預(yù)示不同的材料和尺寸的零件其回彈規(guī)律大不相同，單憑經(jīng)驗(yàn)和工藝過程類比是很難進(jìn)行準(zhǔn)確的回彈補(bǔ)償?shù)倪@就使得一個(gè)模具設(shè)計(jì)的周期變長因此在板材沖壓成形中回彈變形是使模具設(shè)計(jì)明顯變復(fù)雜的一個(gè)基本參數(shù)。在大多數(shù)板材沖壓成形中強(qiáng)烈的非線性變形過程致使板料產(chǎn)生很大的彈性應(yīng)變能在模具與板料動(dòng)態(tài)接觸過程中存在于板料中的這種彈性應(yīng)變能會(huì)隨著接觸壓力的消除而自動(dòng)釋放掉，回彈的驅(qū)動(dòng)力一般是朝著板料原始形狀變形。因此，沖壓成形中的最終產(chǎn)品形狀不但依賴于凹模形狀而且依賴

3、于成形后存儲(chǔ)在板料中的彈性應(yīng)變能。彈性應(yīng)變能與許多諸如材料特性接觸載荷等參數(shù)有關(guān)，因此在成形過程中預(yù)測回彈變得很復(fù)雜這也就給那些必須精確評估回彈量的設(shè)計(jì)者提出了很重要的問題。近40年來，有許多研究人員一直在對回彈行為進(jìn)行著研究并提出了很多解決方法和計(jì)算機(jī)仿真算法發(fā)表了大量相關(guān)論文。就有限元仿真方法而言在眾多仿真算法模擬應(yīng)用中，采用顯式算法模擬成形過程用隱式算法模擬回彈過程的方法最多；其次是沖壓成形和卸載回彈過程都采用隱式算法。而GY-L等學(xué)者提出一種新算法，沖壓成形和回彈過程全部采用顯式算法。UAbdelsalam等學(xué)者還提出了采用一步成形算法模擬沖壓成形過程，再用隱式算法計(jì)算卸載回彈過程并應(yīng)

4、用該算法模擬了3個(gè)復(fù)雜沖壓件的卸載回彈過程這種算法的模擬精度雖然不高但計(jì)算速度很快可以為模具在設(shè)計(jì)階段提供一個(gè)定性的參考方案。 T-CHsu等學(xué)者采用隱式TL(Total Lagrangian算法，引入Hill-次方屈服函數(shù)模擬了軸對稱問題的沖壓成形和回彈過程。MKawka等學(xué)者采用靜態(tài)顯式有限元(實(shí)際上也是隱式算法算法軟件ITAS3D模擬了轎車頂蓋和輪轂的多階段成形過程，以及卸載回彈和切邊回彈過程并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。以上這些對于回彈的研究只限于理論方面其與實(shí)際試驗(yàn)的對比驗(yàn)證還鮮有涉及。對于如何補(bǔ)償所產(chǎn)生的回彈及所謂的回彈控制在試驗(yàn)方面的驗(yàn)證尤其對于新型的高強(qiáng)度材料研究甚少。本文將從這方面

5、著手進(jìn)行回彈控制的研究。事實(shí)上克服回彈缺陷的方法有很多。一是要在工藝條件允許的前提下，設(shè)法將回彈控制在盡可能小的范圍內(nèi)；二是如果實(shí)在回彈量很大且難以控制(如輕量化的高強(qiáng)鋼板成形回彈問題就必須借助于計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)相結(jié)合的辦法，通過回彈補(bǔ)償技術(shù)重新構(gòu)造加工型面，以確保加工精度。此外，溫控成形技術(shù)也是有效抑制甚至消除回彈的有效方法之一。本文主要介紹減小回彈的控制技術(shù)。2回彈控制技術(shù)為了避免回彈補(bǔ)償帶來的沖壓模面設(shè)計(jì)的困難，對于許多成形問題，首先希望利用回彈的控制技術(shù)來盡可能地消除回彈。在本文中，首先分門別類地介紹回彈特性和控制方法。所有由彎曲產(chǎn)生變形的金屬板材成形過程的表征是，由彈塑性材料特性引起

6、的板材厚度方向不均勻的位移分布而導(dǎo)致回彈現(xiàn)象的產(chǎn)生。當(dāng)某一沖壓件成形完畢即在成形步驟的結(jié)尾板材體積內(nèi)存在著殘余應(yīng)力這些殘余應(yīng)力與工具的接觸力相平衡。當(dāng)工具被釋放就是把成形件從模具上卸下時(shí)板材將尋找新的平衡位置局部殘余應(yīng)力被釋放，導(dǎo)致成形件的最終尺寸與預(yù)期值存在一定的偏差，即回彈現(xiàn)象的產(chǎn)生。也就是說回彈主要是由于彎曲部位外側(cè)(拉伸和內(nèi)側(cè)(收縮的應(yīng)力差而引起的。因此。為了減少彎曲變形的回彈?？梢钥紤]給彎曲部位施加外力以消除應(yīng)力差。但是因產(chǎn)品形狀和模具結(jié)構(gòu)等而采取的方法有所不同。圖1a給出板材拉伸卸載的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖1b給出板材彎曲后的卸載回彈特征。為了減小彎曲變形產(chǎn)生的回彈，應(yīng)該在工藝條件允許的前提下，盡可能選擇屈服應(yīng)力小的材料。高強(qiáng)度鋼板的屈服應(yīng)力明顯高于普通金屬板材，這類材料的回彈量往往很大。成形板材的厚度對彎曲回彈影響也很大，通常，板越厚，回彈量越小。此外，工具角部的彎曲半徑對回彈影響也不可忽視，彎曲半徑越小，成形卸載后的回彈量越小。因此。，在板材可成形性允許條件下，應(yīng)盡可能減小模角半徑。下面針對不同的回彈機(jī)制，介紹幾種抑制回彈的具體方法和策略。21局部壓縮減小回彈方法如圖2，利用壓縮工藝在彎曲部位壓縮板料外側(cè)(將板料在該部位壓縮到大約使厚度減小5-30，且不讓彎曲內(nèi)側(cè)變化。這種"局部壓縮"的工藝策略是利用了彎曲